CN109489590B - 珩磨孔的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造领域，具体涉及珩磨孔的检测装置，包括孔径自适应部分、驱动部分、检测部分、运算显示部分。检测部分包括直线度检测组件、直径检测组件、槽检测组件、内孔观察组件、粗糙度检测组件。检测部分还可以是所述五种组件中的任意一种、两种、三种或四种。借助弹簧的变形，弹性套能自适应孔径的变化。拉杆与前圆盘相连，前圆盘、后圆盘相连，并通过万向节驱动前盖。内激光器照射在外光敏传感器上。激光测距仪固定于后锥体或前锥体上，其激光照射孔壁和槽底。通过内窥镜、后视镜观察孔壁。装置还可测量粗糙度。本发明激光调整方便，驱动力作用方向沿珩磨孔轴线方向、检测精度高，另解决了内孔、内槽测量的难题。

Description

珩磨孔的检测装置

技术领域

本发明属于机械制造领域，具体涉及珩磨孔的检测装置。

背景技术

珩磨是对孔的内表面进行精加工的一种方法，可以加工直径5～500毫米甚至更大的各种圆柱孔。珩磨适用于多种机械零件。液压缸内孔、气缸内孔常采用珩磨。

珩磨工序后，孔的尺寸精度高，表面粗糙度低。对于上述内孔，常常需要测量其直径、直线度、表面粗糙度。为珩磨工序配备上述检测装置，是保证珩磨质量的重要方面。

珩磨的内孔有时还需进行其他检测。有些孔壁上加工有油腔，因此需要测量油腔的深度；有些孔壁上加工有环槽，需要测量环槽的几何参数；有些内孔表面加工有螺旋槽，需要测量螺旋槽的的深度和宽度。

现有技术缺乏能够综合检测珩磨孔多项参数的装置，且检测孔内部结构的实用工具还比较少。

发明内容

本发明的目的：为珩磨孔提供综合检测装置，测量珩磨孔的直径、直线度、粗糙度、槽的深度与宽度，观察孔壁的其它质量状况。

本发明采用以下技术方案。

1.装置的组成部分及自适应孔径的原理

检测装置包括孔径自适应部分、驱动部分、检测部分、运算显示部分，如说明书附图1所示。工件固定于工作台上，保持静止。

孔径自适应部分位于所珩磨的孔内，主要包括弹性套26、前锥体22、后锥体27、连接套25、弹簧23、压紧螺母21、前盖20、后盖28、弹性圈24。工件8的内孔为所珩磨的内孔。珩磨孔的内壁与弹性套26的外圈直接接触。弹性套是空心零件，由65Mn或其它弹性材料制作。弹性套的外部结构示意图参加说明书图2。其两端的外径大于中间部分的外径，工作过程中，其两端与珩磨孔的内壁接触，其中间部分与珩磨孔不接触。在弹性套的两端分别加工有多条槽，槽的存在使弹性体可以变形，获得了弹性。在弹性体的两端分别加工有锥孔，一端与前锥体22配合，另外一端与后锥体27配合。采用两端接触的方式，比较稳定可靠。

检测装置能自动适应珩磨孔孔径的变化，其作用机理是弹性套26能贴合珩磨孔，具体工作原理如下：压紧螺母21压迫弹簧23，弹簧一端作用于前锥体，使前锥体后移，弹簧另外一端作用于压紧螺母，使压紧螺母拉动连接套25，从而让后锥体前移，其结果是：两锥体距离减少，通过锥面使弹性套两端膨胀，贴合珩磨孔的内壁。为了保证弹性套锥孔与前锥体锥面、后锥体锥面始终接触，发挥作用，前后两个弹性圈24分别卡在弹性套的两个环槽内。如果珩磨孔的直径变小，孔壁会压迫弹性套的外圈，使其收缩，弹性套的两个锥孔作用于前锥体、后锥体的锥面，前锥体使弹簧压缩，后锥体也通过连接套、压紧螺母使弹簧压缩。总之，借助弹簧的变形协调作用，当珩磨孔的孔径变小时，弹性套外圈直径也能够相应变小。

2.驱动部分

驱动部分包括万向节11、后轴19、后圆盘12、前轴13、前圆盘14、拉杆15。拉杆与前圆盘相连，前圆盘、后圆盘直径稍小于珩磨孔的直径，前后圆盘通过前轴连接。后圆盘通过万向节与前盖相连。容易理解拉杆可以带动孔径自适应装置向前移动。驱动过程中，拉杆可以置于孔壁，沿孔壁前行。为了保护孔壁，减小摩擦，拉杆与孔壁接触部位，可以粘度机床导轨塑料软带。上述设置的优点是：前盖所受到的驱动力，其作用方向基本沿珩磨孔轴线方向，其作用点基本在珩磨孔的轴线上。驱动力只会使自适应装置发生沿孔轴线的的变形，不会发生不规则的变形，利于提高检测精度。相反，如果不采用本发明的设计方案，而是将拉杆直接连接前盖，拉动其前行，则拉杆自身将成为悬臂，容易弯曲变形，拉杆的重量还会给予孔径自适应装置一个横向作用力和翻转力矩，使自适应装置整体发生横向偏移或弯曲变形，降低检测精度。

3.检测部分和运算显示部分，

检测部分包括直线度检测组件、直径检测组件、槽检测组件、内孔观察组件、粗糙度检测组件。直线度检测组件包括压紧手柄1、后半球座2、前半球座3、球体4、外激光器5、内光敏传感器30。直径检测组件包括内激光器29、外光敏传感器31、支座32。槽检测组件包括激光测距仪7。内孔观察组件包括内窥镜17、后视镜16。粗糙度检测组件包括小型粗糙度测量仪18。运算显示部分可显示珩磨孔直径、直线度、粗糙度、槽的尺寸和孔内瑕疵等质量状况。

直线度检测组件完成珩磨孔直线度的检测，其原理如下：工件被固定于静止的工作台上。外激光器5在调整完毕后，保持静止，其所发出的激光穿过支座32的内孔，照射在内光敏传感器30上。光斑信息传输至运算显示器33。检测珩磨孔直线度的基本思路是：在孔径自适应部分移动过程中，如果光斑不变化，说明孔的轴线是直线，相反，如果光斑出现较大的不规则的变化，说明孔的轴线是弯曲的。

保证外激光器调整灵活性与稳定性的方案如下：外激光器固定于球体4，球体由后半球座2、前半球座3支撑，在调整过程中，球体可活动，保证激光照射在内光敏传感器30上。调整完毕后，球体及外激光器是固定不动的。前半球座3固定于工作台上，以方便调整激光。后半球座2、前半球座3能同时接触球体，与球体之间没有间隙，保证调整激光过程能够稳定进行，不会因为球副间隙使调整过程变得不稳定。初步调整结束，必要时利用所设置的压紧手柄1给予后半球体一个适当的作用力，使球体夹紧牢固，防止检测过程中，球体受外界干扰松动。后半球座、前半球座的对开的接缝位于竖直平面内，当压紧手柄作用于后半球座时，可以保证球体微量的移动与激光方向一致，从而确保光斑始终落在内光敏传感器30的有效范围以内。现有激光笔的调整多采用专用的二维激光调整架，其缺点是，两个维度内的调整实际上是耦合的，一个维度内调整合适时，对另外一个维度来说可能不合适，调整难度大，时间长。

直径检测组件完成珩磨孔直径的检测，方案如下：支座32固定于工作台，其上安装有一个或一个以上外光敏传感器31。内激光器29固定于弹性套26，数量为一个或多于一个，所发出的激光照射在外光敏传感器31上。当珩磨孔的直径变大时，弹性套膨胀，内激光器随之远离珩磨孔的轴线；当珩磨孔的直径变小时，弹性套收缩，内激光器随之靠近珩磨孔的轴线。根据内激光器在外光敏传感器上的光斑可求得珩磨孔的直径。当采用三个内激光器和三个外光敏传感器时，由三点定圆的原理求出珩磨孔的直径。当采用四个或更多内激光器时，采用最小二乘法拟合珩磨孔，求出孔的直径。当采用一个或两个内激光器时，可以粗略估算珩磨孔的直径。

槽检测组件用于检测工件内槽6深度和宽度，方案如下：激光测距仪7连同后盖28固定于后锥体上或前锥体上，在其沿珩磨孔轴线移动的过程中，测得激光至孔壁的距离和激光至槽底的距离，二者的差值就是槽的深度。所测得的距离的波形图传输至计算机，根据波形图的图形，可求得槽的宽度。

内孔观察组件包括内窥镜17，用于直径较大的珩磨孔。在前圆盘上固定内窥镜17，通过内窥镜可以见到内孔表面瑕疵等质量状况。为了在更大范围内观察内孔孔壁，在前圆盘上、靠近内窥镜处安装有后视镜16。内窥镜不仅可以看到位于其前部的孔壁，还可以借助后视镜看到位于其后部的孔壁。

粗糙度检测组件完成直径较大的珩磨孔表面粗糙度的检测，方案如下：在前圆盘上固定小型光学粗糙度测量仪，用于测量孔表面的粗糙度。粗糙度仪的读数位于内窥镜的视野范围以内，或者将粗糙度仪的读数传输至运算显示器。

综上所述，珩磨孔的检测装置包括孔径自适应部分、驱动部分、检测部分、运算显示部分，所述的检测部分包括直线度检测组件、直径检测组件、槽检测组件、内孔观察组件、粗糙度检测组件，或者所述的检测部分只包括直线度检测组件、直径检测组件、槽检测组件、内孔观察组件、粗糙度检测组件中的任意一种、两种、三种或四种。本发明具有以下创新点：

1.所述装置的孔径自适应部分位于所珩磨的孔内，弹性套是空心零件，其两端与珩磨孔的内壁接触，在弹性套的两端分别加工有锥孔和多条槽，锥孔的一端与前锥体配合，另一端与后锥体配合，压紧螺母压迫弹簧，弹簧一端作用于前锥体，弹簧另一端作用于压紧螺母，使压紧螺母拉动连接套，连接套作用于后锥体。

2.所述装置的拉杆与前圆盘相连，前圆盘、后圆盘相连，后圆盘通过万向节与前盖相连，拉杆与孔壁接触部分设置有软带。

3.所述装置中外激光器发出的激光照射在内光敏传感器上，外激光器固定于球体，球体由后半球座、前半球座支撑，在调整过程中，球体可活动，调整完毕后，球体及外激光器静止；后半球座、前半球座接触球体，当压紧手柄作用于后半球座时，激光光斑始终落在内光敏传感器上，光斑信息传输至运算显示部分。

4.所述装置的支座固定于工作台，其上安装外光敏传感器，内激光器固定于弹性套，所发出的激光照射在外光敏传感器上，光斑信息传输至运算显示部分；当珩磨孔的直径变大时，弹性套膨胀，内激光器随之远离珩磨孔的轴线；当珩磨孔的直径变小时，弹性套收缩，内激光器随之靠近珩磨孔的轴线。

5.所述装置的激光测距仪固定于后锥体或前锥体上，激光沿珩磨孔半径方向照射，光源至槽底的距离减去与光源至孔壁距离为槽的深度，显示于运算显示部分。

6.所述装置的前圆盘上固定有内窥镜，靠近内窥镜处安装有后视镜，通过内窥镜见到位于内窥镜前方的内孔表面；内窥镜后方的内孔表面成像于后视镜内，后视镜和粗糙度仪的读数位于内窥镜的视野范围以内。

7.所述装置的激光测距仪测得的光源至槽底的距离、激光至孔壁的距离传输至运算显示部分，获得波形图，由波形图得到的槽的宽度显示于运算显示部分。

8.所述装置前后两个弹性圈分别卡在弹性套的两个环槽内；粗糙度仪的读数传输至运算显示器；前盖所受到的驱动力，其作用方向沿珩磨孔轴线方向，其作用点在珩磨孔的轴线上；前半球座固定于工作台上，后半球座、前半球座的对开的接缝位于竖直平面内。

本发明的有益效果：第一，弹性套为整体零件，两端与珩磨孔的内壁接触，工作稳定可靠，空心结构和多条槽容易使弹性套获得良好的弹性。弹簧的一端作用于前锥体，弹簧的另外一端间接作用于后锥体，前、后锥体的距离可调，保证了弹性套可以自动适应珩磨孔径的变化。第二，驱动过程中，拉杆可以置于孔壁，不会发生弯曲变形。拉杆通过前圆盘和后圆盘驱动前盖，使驱动力作用方向基本沿珩磨孔轴线方向，作用点基本在珩磨孔的轴线上。驱动力只会使自适应装置发生沿孔轴线的的变形，不会发生不规则的变形，利于提高检测精度。第三，通过球副调整外激光器，比采用二维激光调整架方便、容易实现、节约时间。后半球座、前半球座的对开的接缝位于竖直平面内，当压紧手柄作用于后半球座时，可以保证球体微量的移动与激光方向一致，从而确保光斑始终落在内光敏传感器的有效范围以内。第四，通过内激光器在外光敏传感器上的光斑求得珩磨孔的直径，解决了内孔直径测量的难题。第五，利用激光测距仪测量槽的深度，并结合检测所获得的波形图，求槽得宽度，结构简单，精度高，避免了机械接触和磨损。第六，设置后视镜使内窥镜可以在更大范围内观察内孔，利用内窥镜观察粗糙度仪的读数，获得孔的信息直观、迅速。

附图说明

图1为本发明的主视示意图，图2为弹性套的外部结构示意图。图中：1-压紧手柄，2-后半球座，3-前半球座，4-球体，5-外激光器，6-工件内槽，7-激光测距仪，8-工件，9-可用空间一，10-可用空间二，11-万向节，12-后圆盘，13-一前轴，14-前圆盘，15-拉杆，16-后视镜，17-内窥镜，18-小型粗糙度测量仪，19-后轴，20-前盖，21-压紧螺母，22-前锥体，23-弹簧，24-弹性圈，25-连接套，26-弹性套，27-后锥体，28-后盖，29-内激光器，30-内光敏传感器，31-外光敏传感器，32-支座，33-运算显示器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方式作进一步说明，具体实施方式不对本发明做任何限制。

实施方式一：珩磨孔的检测装置包括孔径自适应部分、驱动部分、检测部分、运算显示部分，所述的检测部分包括直线度检测组件、直径检测组件、槽检测组件、内孔观察组件、粗糙度检测组件。孔径自适应部分位于所珩磨的孔内，弹性套是空心零件，其两端与珩磨孔的内壁接触，在弹性套的两端分别加工有锥孔和多条槽，锥孔的一端与前锥体配合，另一端与后锥体配合，压紧螺母压迫弹簧，弹簧一端作用于前锥体，弹簧另一端作用于压紧螺母，使压紧螺母拉动连接套，连接套作用于后锥体。拉杆与前圆盘相连，前圆盘、后圆盘相连，后圆盘通过万向节与前盖相连。内激光器固定于弹性套，所发出的激光照射在外光敏传感器上，光斑信息传输至运算显示部分。

实施方式二：珩磨孔的检测装置包括孔径自适应部分、驱动部分、检测部分、运算显示部分，所述的检测部分只包括直线度检测组件、直径检测组件、槽检测组件、内孔观察组件、粗糙度检测组件中的任意一种、两种、三种、四种。孔径自适应部分位于所珩磨的孔内，弹性套是空心零件，其两端与珩磨孔的内壁接触，在弹性套的两端分别加工有锥孔和多条槽，锥孔的一端与前锥体配合，另一端与后锥体配合，压紧螺母压迫弹簧，弹簧一端作用于前锥体，弹簧另一端作用于压紧螺母，使压紧螺母拉动连接套，连接套作用于后锥体。拉杆与前圆盘相连，前圆盘、后圆盘相连，后圆盘通过万向节与前盖相连。激光测距仪固定于后锥体或前锥体上，激光沿珩磨孔半径方向照射，光源至槽底的距离减去与光源至孔壁距离为槽的深度，显示于运算显示部分。

Claims (2)

1.一种珩磨孔的检测装置，其特征在于：该检测装置包括孔径自适应部分、驱动部分、检测部分、运算显示部分，所述的检测部分包括直线度检测组件、直径检测组件、槽检测组件、内孔观察组件、粗糙度检测组件，或者所述的检测部分只包括直线度检测组件、直径检测组件、槽检测组件、内孔观察组件、粗糙度检测组件中的任意一种、两种、三种、四种，其特征在于：孔径自适应部分位于所珩磨的孔内，弹性套是空心零件，其两端与珩磨孔的内壁接触，在弹性套的两端分别加工有锥孔和多条槽，锥孔的一端与前锥体配合，另一端与后锥体配合，压紧螺母压迫弹簧，弹簧一端作用于前锥体，弹簧另一端作用于压紧螺母，使压紧螺母拉动连接套，连接套作用于后锥体；拉杆与前圆盘相连，前圆盘、后圆盘相连，后圆盘通过万向节与前盖相连，拉杆与孔壁接触部分设置有软带；外激光器发出的激光照射在内光敏传感器上，外激光器固定于球体，球体由后半球座、前半球座支撑，在调整过程中，球体可活动，调整完毕后，球体及外激光器静止；后半球座、前半球座接触球体，当压紧手柄作用于后半球座时，激光光斑始终落在内光敏传感器上，光斑信息传输至运算显示部分；支座固定于工作台，其上安装外光敏传感器，内激光器固定于弹性套，所发出的激光照射在外光敏传感器上，光斑信息传输至运算显示部分；当珩磨孔的直径变大时，弹性套膨胀，内激光器随之远离珩磨孔的轴线；当珩磨孔的直径变小时，弹性套收缩，内激光器随之靠近珩磨孔的轴线；激光测距仪固定于后锥体或前锥体上，激光沿珩磨孔半径方向照射，光源至槽底的距离减去与光源至孔壁距离为槽的深度，显示于运算显示部分；前圆盘上固定有内窥镜，靠近内窥镜处安装有后视镜，通过内窥镜见到位于内窥镜前方的内孔表面；内窥镜后方的内孔表面成像于后视镜内，后视镜和粗糙度仪的读数位于内窥镜的视野范围以内；激光测距仪测得的光源至槽底的距离、激光至孔壁的距离传输至运算显示部分，获得波形图，由波形图得到的槽的宽度显示于运算显示部分。

2.根据权利要求1所述的珩磨孔的检测装置，其特征在于：前后两个弹性圈分别卡在弹性套的两个环槽内；粗糙度仪的读数传输至运算显示器；前盖所受到的驱动力，其作用方向沿珩磨孔轴线方向，其作用点在珩磨孔的轴线上；前半球座固定于工作台上，后半球座、前半球座的对开的接缝位于竖直平面内。

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